《電子技術(shù)應(yīng)用》
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基于GPRS通信方式的路燈監(jiān)控器
電子產(chǎn)品世界
裴景斌
摘要: 隨著城市夜景照明設(shè)施的迅猛發(fā)展和人們生活品味的提高,對(duì)于城市的燈光設(shè)施建設(shè)提出了更高的要求。道路照明路燈,裝飾彩燈、燈光噴泉、彩燈草坪、大廈射燈等各種各樣的特色燈光構(gòu)成了美麗的城市燈光夜景系統(tǒng)。但是,在這些美麗的燈光后面,我們的路燈管理部門(mén)擔(dān)負(fù)著沉重的燈光設(shè)備維護(hù)管理工作。隨著亮化工程腳步的進(jìn)一步加快,這種沉重的負(fù)擔(dān)已經(jīng)成為困擾路燈管理部門(mén)的難題。
Abstract:
Key words :

  引言

  隨著城市夜景照明設(shè)施的迅猛發(fā)展和人們生活品味的提高,對(duì)于城市的燈光設(shè)施建設(shè)提出了更高的要求。道路照明路燈,裝飾彩燈、燈光噴泉、彩燈草坪、大廈射燈等各種各樣的特色燈光構(gòu)成了美麗的城市燈光夜景系統(tǒng)。但是,在這些美麗的燈光后面,我們的路燈管理部門(mén)擔(dān)負(fù)著沉重的燈光設(shè)備維護(hù)管理工作。隨著亮化工程腳步的進(jìn)一步加快,這種沉重的負(fù)擔(dān)已經(jīng)成為困擾路燈管理部門(mén)的難題。

  為了解決這個(gè)難題,提出了開(kāi)發(fā)路燈監(jiān)控管理系統(tǒng),用于管理城市照明,目的是利用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù),通訊技術(shù)對(duì)日益快速發(fā)展的城市道路照明路燈實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化監(jiān)控和智能化的科學(xué)管理,進(jìn)一步提高道路照明質(zhì)量,從而提高服務(wù)質(zhì)量;進(jìn)一步提高維護(hù)、檢修效率,從而保證城市整體亮燈率和設(shè)備完好率;進(jìn)一步降低能耗、減輕勞動(dòng)強(qiáng)度,從而避免無(wú)畏的電能和人力物力的浪費(fèi)。

  路燈監(jiān)控管理信息系統(tǒng)

  路燈監(jiān)控管理信息系統(tǒng)是由通信服務(wù)器和若干路燈監(jiān)控器組成,如圖1所示。



               圖1  路燈監(jiān)控管理信息系統(tǒng)

  通信服務(wù)器通過(guò)局域網(wǎng)可以連接多個(gè)查詢(xún)終端,通信服務(wù)器和若干路燈監(jiān)控器采用ADSL與GPRS通訊方式。使用者可以在通信服務(wù)器上完成對(duì)整個(gè)城市內(nèi)任一區(qū)域、任一路燈監(jiān)控器的控制;可隨時(shí)向路燈監(jiān)控器發(fā)出查詢(xún)指令,對(duì)各路燈監(jiān)控器的運(yùn)行狀態(tài)、電流、電壓、門(mén)開(kāi)狀態(tài)等數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢(xún)。

  路燈監(jiān)控器硬件設(shè)計(jì)

  路燈監(jiān)控器在硬件電路設(shè)計(jì)上,根據(jù)其功能劃分,由六部分組成(見(jiàn)圖2)。



                  圖2 路燈監(jiān)控器功能結(jié)構(gòu)圖

  電路圖如圖3所示。



                圖3 路燈監(jiān)控器電路

  時(shí)鐘存儲(chǔ)單元

  時(shí)鐘芯片選擇了高精度實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片-SD2000BPI 。該芯片具有內(nèi)置晶振、I2C總線接口、定時(shí)中斷輸出 、高精度、免調(diào)校的特點(diǎn)。同時(shí)該時(shí)鐘芯片內(nèi)部含有EEPROM,用于存儲(chǔ)開(kāi)關(guān)燈時(shí)間表等信息:
  每組開(kāi)/關(guān)燈時(shí)間包括2個(gè)字節(jié),每個(gè)字節(jié)由2位BCD碼組成,由高到低分別為時(shí)、分。

  每組報(bào)警時(shí)間包括4個(gè)字節(jié),每個(gè)字節(jié)由2位BCD碼組成,由高到低分別為年、月、日、時(shí)、分、秒。默認(rèn)值為00H。

  路燈監(jiān)控器編號(hào)2個(gè)字節(jié),可以表示00~65536數(shù)值。

路燈監(jiān)控器的工作狀態(tài)包括:報(bào)警狀態(tài)(ZT0)、門(mén)開(kāi)狀態(tài)(ZT1)、手動(dòng)/三遙狀態(tài)(ZT2)、全夜燈狀態(tài)(ZT3)、半夜燈狀態(tài)(ZT4)、景觀燈狀態(tài)(ZT5)。用連續(xù)的7個(gè)字節(jié)表示。

  監(jiān)控器可以監(jiān)測(cè)9路工作電流,利用二個(gè)存儲(chǔ)單元的9個(gè)存儲(chǔ)位,分別存儲(chǔ)被監(jiān)測(cè)的電流的監(jiān)測(cè)狀態(tài)。

  電壓電流采集

  電壓及電流采集部分采用山東力創(chuàng)的EDA9016模擬量測(cè)量模塊,它可以采集12路電壓輸入信號(hào),測(cè)量信號(hào)的輸入范圍0~10V,測(cè)量精度0.2級(jí),其輸出采用RS-485總線。

  將欲監(jiān)測(cè)的電壓、電流通過(guò)電壓互感器、電流互感器感應(yīng)出0~10V的電壓,輸出給EDA9016的模擬量輸入端,EDA9016通過(guò)RS-485總線與監(jiān)控器的單片機(jī)連接,路燈監(jiān)控器可以按照EDA9016的通訊協(xié)議,采集各路的電壓及電流,通過(guò)通訊服務(wù)器的查詢(xún)命令發(fā)送給客戶(hù)端軟件,實(shí)現(xiàn)路燈工作參數(shù)的自動(dòng)監(jiān)測(cè),對(duì)電壓欠壓、電壓過(guò)壓、欠流、過(guò)流及時(shí)作出報(bào)警。

  串口擴(kuò)展

  由于CPU采用PHILIPS的P89C51RD+芯片,該CPU只有一個(gè)串口,在本設(shè)計(jì)中用于同GPRS模塊通信。而多功能表和EDA9033均采用RS-485接口,所以要利用CPU普通IO口模擬SPI接口與MAX3100通信,MAX3100的串口再和MAX485相連,從而產(chǎn)生EDA9033和多功能電表需要的RS-485接口。

  GPRS模塊

  GPRS??焯峁㏑S-232接口與外界通信,透明傳輸模式,應(yīng)用十分方便。在本設(shè)計(jì)中采用一片MAX232芯片,通過(guò)CPU和GPRS模塊進(jìn)行通信。

  控制執(zhí)行單元

  控制執(zhí)行部分采用三級(jí)管驅(qū)動(dòng)繼電器,繼電器控制交流接觸器的辦法。在三級(jí)管和CPU IO口之間采用光耦隔離,防止繼電器吸合對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生的干擾。

  其他設(shè)計(jì)

  由于路燈監(jiān)控器工作在無(wú)人職守的地方,為了路燈監(jiān)控器的安全防盜,設(shè)計(jì)時(shí)在路燈監(jiān)控器的門(mén)上,安裝了磁控開(kāi)關(guān),當(dāng)門(mén)開(kāi)時(shí)開(kāi)關(guān)斷開(kāi),路燈監(jiān)控器判斷這個(gè)開(kāi)關(guān)的狀態(tài),當(dāng)門(mén)開(kāi)時(shí),路燈監(jiān)控器路燈監(jiān)控器先將報(bào)警類(lèi)型、報(bào)警時(shí)間存儲(chǔ)在路燈監(jiān)控器的存儲(chǔ)器內(nèi),然后通過(guò)GPRS無(wú)線通訊終端將門(mén)開(kāi)信息發(fā)送給通訊服務(wù)器,通訊服務(wù)器在轉(zhuǎn)發(fā)給客戶(hù)端,以便及時(shí)通知檢修人員對(duì)門(mén)開(kāi)進(jìn)行處理。

  路燈監(jiān)控器軟件設(shè)計(jì)

  本系統(tǒng)軟件采用keil C作為開(kāi)發(fā)工具。除CPU程序外,還要開(kāi)發(fā)一個(gè)對(duì)時(shí)鐘芯片進(jìn)行時(shí)間預(yù)置的程序,以便于批量生產(chǎn)。

  路燈監(jiān)控器的工作流程如下:首先進(jìn)入上電初始化程序,對(duì)路燈監(jiān)控器的狀態(tài)進(jìn)行初始化,包括全夜燈、半夜燈狀態(tài)、手動(dòng)三遙狀態(tài)、報(bào)警狀態(tài)等變量進(jìn)行初始化。然后初始化MAX3100和時(shí)鐘芯片,讀取設(shè)備的編號(hào),初始化串口,讀取當(dāng)前的電壓電流,然后進(jìn)入主循環(huán)程序。

  系統(tǒng)采用中斷方式接收GPRS串口數(shù)據(jù),根據(jù)通信協(xié)議規(guī)定的數(shù)據(jù)格式判斷接收的數(shù)據(jù)是否正確,并能在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)接收不到數(shù)據(jù)后自動(dòng)返回主程序,串口中斷子程序?yàn)椋?br />


  一幀數(shù)據(jù)接收完畢后,給串口中斷標(biāo)志置位,然后在主程序中判斷傳口中斷標(biāo)志,如果該標(biāo)志被置位,則開(kāi)始判斷控制位,并進(jìn)入相應(yīng)的子程序,如設(shè)置開(kāi)關(guān)燈時(shí)間,查詢(xún)工作參數(shù),查詢(xún)工作狀態(tài),實(shí)時(shí)開(kāi)燈,實(shí)時(shí)關(guān)燈等,在執(zhí)行完相應(yīng)的子程序后將中斷標(biāo)志復(fù)位。

  控制位判斷程序?yàn)椋?br />


  在主循環(huán)中同時(shí)執(zhí)行自動(dòng)開(kāi)關(guān)燈的處理和門(mén)開(kāi)報(bào)警的判斷。

  為了實(shí)現(xiàn)路燈監(jiān)控器與通訊服務(wù)器的可靠通訊,制定合理的通訊協(xié)議,具有非常重要的意義。在制定協(xié)議時(shí),充分考慮協(xié)議的格式,使之規(guī)范化,使之具有良好的擴(kuò)展性,規(guī)定好協(xié)議的起始標(biāo)志、設(shè)備的編號(hào)、設(shè)備類(lèi)型、控制碼、控制類(lèi)型、數(shù)據(jù)長(zhǎng)度、數(shù)據(jù)域、結(jié)束標(biāo)志及如何進(jìn)行校驗(yàn)等,達(dá)到預(yù)期的功能,又最精簡(jiǎn)。

  現(xiàn)舉例如下:

實(shí)時(shí)開(kāi)燈幀(C = 01H)
功能:通信服務(wù)器請(qǐng)求路燈監(jiān)控器立即開(kāi)燈。
幀格式:
F (回應(yīng)標(biāo)志):默認(rèn)值;
C (控制碼):  01H;
CT (控制類(lèi)型):01H表示全夜燈負(fù)載,02H表示半夜燈負(fù)載,03H表示景觀燈負(fù)載, 04H表示全夜燈和半夜燈負(fù)載,05H全夜燈和景觀燈負(fù)載,06H半夜燈和景觀燈負(fù)載,
FFH表示所有路燈負(fù)載;
I   (后續(xù)幀標(biāo)志):默認(rèn)值;
L (數(shù)據(jù)長(zhǎng)度): L=00H;
D   (數(shù)據(jù)域):無(wú)數(shù)據(jù)域;

  結(jié)語(yǔ)

  本系統(tǒng)采用51單片機(jī)作為主CPU,成本低,實(shí)時(shí)性高,已經(jīng)完成樣機(jī)試制,通過(guò)相關(guān)測(cè)試,并投入小批量生產(chǎn)。本產(chǎn)品已經(jīng)應(yīng)用于城市路燈監(jiān)控系統(tǒng),運(yùn)行穩(wěn)定,取得了良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

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